XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

В данной статье рассматривается алюминий и применение его сплавов в железнодорожной промышленности и вагоностроении. Также приведены в пример электропоезда «Ласточка» и «Сапсан», корпуса вагонов которых выполнены из алюминия.

В наше время алюминий и его сплавы заняли прочную позицию во многих сферах экономики и промышленности, и в частности в транспортном сегменте. Судостроение, автомобилестроение, авиация, космические корабли, и конечно же железнодорожный транспорт. На долю транспортной промышленности приходится около 27% мирового потребления алюминия, и с течением времени его распространённость будет только увеличиваться.

Алюминий ценится за его прочность и лёгкость, стойкость к коррозии и внешним факторам. Всё это делает его универсальным материалом, без которого современный мир развивался бы не такими быстрыми темпами.

Существует множество марок сплава алюминия с другими элементами, которые придают ещё большую прочность и износостойкость. Основные марки сплавов, использующихся в транспортной промышленности: 2ххх, 3ххх, 5ххх, 6ххх и 7ххх. Серия 2ххх используется при повышенных температурах. Серия 7ххх используется при пониженных температурах и значительно нагруженных узлах. Остальные используются в малонагруженных деталях и топливных системах. Самый распространённый сплав марки 7075, состоящий из алюминия, цинка, меди и магния. Он легче стали в 3 раза при примерно равной прочности.

На железнодорожном транспорте применение алюминия началось практически одновременно с образованием алюминиевой промышленности. В 1894 году железнодорожная компания банкира Джона Пирпонта Моргана начала выпуск пассажирских вагонов с сидениями из алюминия. Но в начале алюминий оказался наиболее востребован в грузоперевозочном секторе, потому что составы, выполненные из него и его сплавов, были легче и, как следствие, позволяли перевозить больше полезной массы. Первые вагоны из алюминия появились в 1931 году в США. Они были выполнены по конструкции хоппера – вагона для перевозки сыпучих грузов с люками для разгрузки в нижней части.

Алюминиевые вагоны на треть легче, чем стальные. Они гораздо более устойчивы к коррозии, что позволяет перевозить в таких вагонах едкие и химически активные материалы. Долговечность алюминиевых вагонов намного больше, чем у стальных: за 40 лет использования они теряют лишь 10% своей стоимости, и в среднем они окупаются за 2 года эксплуатации, за счёт активной перевозки больших объёмов груза.

В 1980х годах в мире начали изготавливать и использовать высокоскоростные поезда дальнего следования. Применение в таких составах алюминия позволило снизить энергозатраты на разгон, и движение, так как он гораздо легче многих металлов. Благодаря этому удалось достичь скоростей в 360км/ч, а в наши дни более 600км/ч. Корпус первого российского скоростного поезда Сапсан по большей части тоже выполнен из алюминия.

В России вагоны из алюминиевых сплавов выпускались ещё с 1960-1970х годов. Однако это были опытные модели, не получившие особо широкого распространения, из-за строгого распределения алюминия в советские времена. Он использовался в основном в оборонной и авиационно-космической промышленности. В наши дни алюминий стал гораздо более доступным, и изготавливать вагоны из его сплавов стало легче.

Эксплуатация как пассажирских, так и грузовых вагонов из алюминия гораздо более выгодна с экономической точки зрения, несмотря на повышенную стоимость, по сравнению со стальными. Согласно техническим расчётам специалистов российской компании РУСАЛ гарантированный срок эксплуатации таких вагонов на 6 лет больше, чем у стальных – 32 года, а срок службы в два раза больше. Однако производство алюминиевых вагонов в России затруднено, из-за недостаточной оснащённости оборудованием для сварки алюминия на большинстве заводов.

В настоящее время предпринимаются пробные шаги в производстве частично алюминиевых вагонов со стороны «Объединённой вагонной компании». Был изготовлен стальной хоппер с алюминиевой крышей для перевозки сыпучих грузов. Также существует вариант цистерны из алюминиевых полуфабрикатов для перевозки концентрированной азотной кислоты. Сертификацию прошёл хоппер-минераловоз с кузовом из алюминия.

Как одно из достижений использования алюминия в железнодорожной промышленности хотелось бы привести высокоскоростной электропоезд «Сапсан» и пассажирский электропоезд «Ласточка» произведённые ООО «Уральские локомотивы» - совместного предприятия немецкой фирмы Siemens AG и предприятия «Синара», и приобретённые ОАО «РЖД» специально для эксплуатации на российских железных дорогах.

«Сапсан» был разработан на базе стандартной платформы под названием Velaro производства Siemens AG, но имеет много конструктивных отличий. Его максимальная конструкционная скорость достигает 300 км/ч, но ограничена при передвижении по российским железным дорогам до 250 км/ч. Его корпус выполнен из алюминия и имеет обтекаемую форму (рис.1), что позволяет достигать таких впечатляющих скоростей.

Рисунок 1 – электропоезд «Ласточка»
Электропоезд «Ласточка» (рис. 2) был разработан на базе платформы Siemens Desiro. По состоянию на 2019 год выпущено более ста семидесяти составов «Ласточка» всех разновидностей. Кузов выполнен из алюминиевых профилей, выполненных по технологии экструзии, и дополнительно усилен, для перевозки максимального количества пассажиров. Он развивает скорость до 160 км/ч и предназначен для эксплуатации при температуре от -40 до 40 градусов цельсия.

Рисунок 2- электропоезд «Сапсан»

Таким образом, применение алюминия на железной дороге экономически оправдано, но в России данная тема получила распространение в основном при изготовлении пассажирских составов. Хотя наблюдаются тенденции к развитию применения алюминия и при изготовлении грузовых вагонов.

Список источников:

https://www.aluminiumleader.ru/application/transport/ - сайт об алюминии компании РУСАЛ

https://vgudok.com/lenta/al-vagon-proshloe-nastoyashchee-i-budushchee-alyuminievyh-vagonov-na-seti-rzhd-статья Романа Стрельцова на сайте VGUDOK

http://www.npktrans.ru/Doc.aspx?docId=63790&CatalogId=653– статья на сайте компании АО «НПК»

http://www.gudok.ru/transport/zd/?ID=1283983 – газета гудок.ру